氣動測力量具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

魏曉麗

（沈陽黎明航發(fā)集團(tuán)公司轉(zhuǎn)包與民機(jī)事業(yè)部，遼寧 沈陽 110000）

1 引言

轉(zhuǎn)包某產(chǎn)品發(fā)動機(jī)整流罩在圓周方向裝配完44個徑向絲套后需要檢測安裝絲套時所用的力矩是否滿足設(shè)計(jì)要求，原測力量具結(jié)構(gòu)為彈簧測力，測力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)制造后較為笨重，且精度不高，操作復(fù)雜，彈簧測力量具檢測周期短至少每周檢測一次，且彈簧在測具上無法實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)其自身的檢測力矩，需取下彈簧單獨(dú)進(jìn)行檢測，每次檢測費(fèi)用為1萬元，無法滿足現(xiàn)場零件的批生產(chǎn)使用[1]-[3]。

為了滿足現(xiàn)場零件的批生產(chǎn)需要，解決此類零件檢測費(fèi)用高、效率低等問題，就必須考慮改進(jìn)該測力量具的結(jié)構(gòu)，想辦法提高檢測質(zhì)量和效率，降低檢測成本。

圖1 彈簧測力的測力量具

2 技術(shù)解決方案

通過反復(fù)研究和對普通測力量具結(jié)構(gòu)的分析，決定采用氣壓結(jié)構(gòu)，并且充分利用生產(chǎn)現(xiàn)場的壓縮空氣，通過設(shè)計(jì)、制造、組裝成一套氣動測力量具。僅利用汽缸、氣閥、壓力表等元器件，通過氣壓、力矩轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)力矩測量[4]-[5]。

采用這種方式檢測，只要定期送檢壓力表即可，從而解決了該零件檢測費(fèi)用高、效率低等問題，提高了檢測零件的質(zhì)量和效率，降低了檢測成本。

3 具體實(shí)施內(nèi)容

該結(jié)構(gòu)主要包括二聯(lián)件、氣缸、氣閥（手動閥）、壓力表四部分。

3.1 二聯(lián)件：由過濾減壓閥、油霧器組合而成。過濾器可除去壓縮空氣中的塵土、污垢、銹及凝結(jié)的液體物質(zhì)，減壓閥可將出口壓力調(diào)至所設(shè)定的工作壓力，并使工作壓力趨于平穩(wěn)，當(dāng)工作壓力高于調(diào)定壓力時，溢流排氣系統(tǒng)會使工作壓力趨于穩(wěn)定；油霧器可將潤滑油霧化，進(jìn)入氣動系統(tǒng)，使控制元件和執(zhí)行元件得以潤滑。

3.2 氣缸：根據(jù)工作機(jī)構(gòu)所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力，由此來選擇氣缸時應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選校了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過大，不僅使設(shè)備笨重，成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)，在設(shè)計(jì)時，采用的是增力機(jī)構(gòu)，以減小氣缸的尺寸。氣缸的行程與使用場合和機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)，不同的安裝形式其氣缸的行程比不同。活塞運(yùn)動速度與氣源壓力、負(fù)載、摩擦力、進(jìn)排氣管接頭通徑等有密切關(guān)系。其中，以排氣速度影響最大。如果要求活塞桿高速運(yùn)動時，應(yīng)選用內(nèi)徑較大的進(jìn)、排氣口及導(dǎo)管。

3.3 氣閥：采用的是手動轉(zhuǎn)閥，它的優(yōu)點(diǎn)是：體積小、重量輕、操作力小，由于采用了精密陶瓷閥芯，大大降低了泄漏量，性能更加可靠。

3.4 壓力表：控制氣缸進(jìn)出口壓力值。

3.5 鋼球：保證氣源通過氣缸平穩(wěn)傳遞到零件上。

3.6 百分表：顯示從氣缸出來的氣的壓力對零件產(chǎn)生的位移大小。

3.7 螺桿：起到氣缸與零件之間產(chǎn)生壓力的橋梁作用。

工作原理是將零件設(shè)計(jì)圖紙要求的100磅力經(jīng)計(jì)算轉(zhuǎn)化，即：

100 磅=100LBS=45.3597千克力；

1千克力=1×9.8N/Kg=9.8N；

100LBS=980LBS=9.8×45.3597=444.52506 N；

壓力 P=F（力）/S（面積）=444.52506/πr2

=444.52506/3.14×（20×10-3）2

=0.35×106Pa=0.35MPa；

注：其中S（面積）為作用在轉(zhuǎn)力桿上的面積。

將二聯(lián)件的進(jìn)口端與現(xiàn)場氣源出氣口連接，且連接一壓力表控制進(jìn)氣多少，出口與手動閥的進(jìn)氣口連接，手動閥的出氣口接在氣缸的進(jìn)氣口上，二者間連接一塊壓力表，通過接在氣缸進(jìn)口端一可以進(jìn)行調(diào)壓的表來控制氣缸出口的壓力表指示0.35MPa的，當(dāng)風(fēng)壓開通手動閥關(guān)閉時，氣缸出口端壓力表指示為0.35MPa，當(dāng)手動閥開動到最大出口端壓力表指示為0MPa，同時靠螺桿擰到零件絲套上，通過鋼球與氣缸緊密連接，當(dāng)通過氣缸的壓力作用到零件螺桿上時，靠壓在螺桿上的百分表的指示，來證明絲套是否安裝牢固，即是否能承受0.35 MPa的力，若百分表指示在0.01-0.05mm內(nèi)變化即為合格的[6]-[10]。

圖2 氣壓結(jié)構(gòu)的測力測具

改進(jìn)前測具效果圖(該測具已報(bào)廢)(見圖3)：

圖3

改進(jìn)后的限力測距(見圖4)：

4 有益效果

通過該種氣動測力量具的使用，使零件最終滿足了設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)文件的技術(shù)要求，且可以極大的節(jié)約檢測成本：原測具采用的是彈簧測力，僅彈簧檢測費(fèi)用10000/周，一年按5周計(jì)算，需花費(fèi)520000元，而現(xiàn)測具只需檢兩塊壓力表每年只需檢一次，需花費(fèi)100元。因此，每年節(jié)約送檢的檢測費(fèi)用為519900元。另外，由于操作簡單，精度較高，大大提高了工作效率。

該氣動測力量具的使用為國內(nèi)首創(chuàng)，這種測量方法的現(xiàn)場應(yīng)用，不但實(shí)現(xiàn)了檢測的目的而且還降低了檢測成本，節(jié)約了整體加工時間提高了工作效率。它的成功使用可以直接推廣應(yīng)用到軍品工裝設(shè)計(jì)創(chuàng)新思路領(lǐng)域中，如果能在軍品零件的工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域中廣泛推廣應(yīng)用那么將大大提高軍品零件檢測的質(zhì)量和效率[11]

圖4

[1]《航空制造工程手冊》總編委會.航空制造工程手冊·金屬材料切削加工.北京:航空工業(yè)出版社,1994:1-44.

[2]《中國航空材料手冊》編輯委員會.中國航空材料手冊·第1卷 結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002:38-50.

[3]《中國航空材料手冊》編輯委員會.中國航空材料手冊·第4卷 鈦合金、銅合金.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002:74-83,147-172.

[4]Merchant,M.E.Delphi-Type Forecast of th Future of Production Eng-ineering,Annals o the CIRP,1971:20.

[5]Shaw,M.C.Metal Cutting Principles,Claren don Press,Oxford,1984.

[6]Komanduri，R.Some Classifications on th Mechanics of Chip Fo-rmation When Machin ing Titanium Alloys,Wear,1982:76.

[7]Turkovich,B.F.Dislocatiopn Theory of Shea Stress,Strain Rate inMetal Cutting,《Advance in Machine Tool Design and Research》,1967.

[8]Welding VTW titanium alloy with an im mersed electrade on untreated edges，B.I.Dolotov：V.I.Mur av′ev,1998.

[9]徐灝.機(jī)械工程設(shè)計(jì)手冊·第3卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991:33-89.

[10]氣動液壓手冊 機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[11]李煜 最新氣動元件產(chǎn)品及氣動自動化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)選用、故障排除實(shí)用手冊.機(jī)械工業(yè)出版社，2000.